JP2005215225A - 光学フィルタ、光学フィルタの製造方法および蒸着マスク - Google Patents

Abstract

【課題】寸法安定性や光学特性にすぐれた安価なアポダイゼイションフィルタを提供する。
【解決手段】円錐を倒立させた単位マスク１３１ａを多数並べて帯状あるいは針金状の支持手段１３１ｂで結合し、フィルタ基材１０１に対して微小寸法だけ離間して対向配置し、マスク１３１を介して蒸着物質を堆積させることで、径方向に所望の膜厚パターンを有する光吸収膜をフィルタ基材１０１上に形成する。マスク１３１の支持手段１３１ｂは格子状あるいは網目状をなしているために剛性が高く、光学フィルタの製造誤差を低減できる。また、支持手段１３１ｂは単位マスク１３１ａの中心から放射状に等間隔で延伸するため、光吸収膜に与える影響を最小限に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば写真撮影の際の背景に良好なボケ像を得るために、スチルカメラやビデオカメラ等の撮影機器に搭載される光学濃度調整用の光学フィルタ、光学フィルタの製造方法および蒸着マスクに関するものである。

従来より、ピントの合っていない背景画像等、いわゆるボケ像を良好にするための光学フィルタと、これを組み込んだカメラに関する技術が開発されており、このようなフィルタの一例として、アポダイゼイションフィルタが挙げられる。アポダイゼイションフィルタは、結像光学系の瞳近傍に配置され、該光学系の光軸から光軸と垂直な方向に離れるに従って光学濃度が増加（透過率は低下）するように構成されたフィルタで、このフィルタを用いると、ボケ像の輪郭がなだらかになり、２線ボケやリングボケが緩和される。そこで、ポートレイト撮影やマクロ撮影等、焦点深度の浅いシーンでは背景像は輪郭の柔らかな自然なボケ像となり、焦点の合った主被写体が引き立った品位の高い画像が得られる。

このような効果を得るための光学フィルタに求められる光学特性（アポダイゼイション特性）として、以下の特性が要求される。

（１）中心から周辺に向かって光学濃度が所定の割合で漸増する。
（２）円周方向の光学濃度は一定、すなわち同心円状の光学濃度パターンを有し、放射状の濃度ムラを生じない。
（３）放射方向、円周方向ともに光学濃度の不連続性がない。
（４）分光透過率が可視光帯域で均一である。
（５）表面反射率が少ない。

そしてこのような光学フィルタを製造する方法として、例えば特許文献１には、吸光性ガラスを用いた平凹レンズと透明ガラスを用いた凸平レンズを貼りあわせ、光学パワーをほぼゼロにしたアポダイゼイションフィルタの構造と、これを光学系に組み込んだ際の光学特性が開示されている。また、該特許文献１には、アポダイゼイションフィルタのその他の製法として、透明基材上に感光性樹脂を塗布し、光学マスクを介して上記感光性樹脂を着色反応させる方法、あるいは透明基材上に真空蒸着法にて製作する旨の示唆がある。

他方、真空蒸着法等によって成膜された薄膜を用いた光学フィルタとしては、特許文献２に、撮影光学系の周辺光量低下を補うために、透過光量が中心よりも周辺部分で増加するグラデーションＮＤフィルタ（Gradation Neutral Density Filter）を、多層構造の薄膜にて実現する構成が開示されており、また、特許文献３には、フィルタ基材に対してマスク板を回転させながら真空蒸着を行なうことで、楕円形のグラデーション濃度パターンを有したグラデーションＮＤフィルタを製造する方法が開示されている。
米国特許第３，８４３，２３５号公報 特公平２−４７７２２号公報（特開昭５９−３８７０１号公報） 特開平１１−３８２０６号公報 特開平７−６３９１５号公報 特開平６−２７３６０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された、吸光性ガラスを用いた平凹レンズと透明ガラスを用いた凸平レンズを貼りあわせることによるアポダイゼイションフィルタでは、透過率分布の設計自由度が低く、加えて、フィルタが厚いために結像光学系の小型軽量化が困難である。また、透明基材上に感光性樹脂や蒸着膜を形成してアポダイゼイションフィルタが製作可能との示唆はあるものの、具体的な構成や成膜方法については何ら記載はない。

特許文献２や特許文献３に開示されたＮＤフィルタは、レンズを透過した光が光軸の中心から離れるにつれて暗くなるのを補償するために、中心部から周辺部に向かって光学濃度が漸減する濃度分布を設けて明るさの均一化を図るものであり、良好なボケ像を得るためのアポダイゼイションフィルタとは反対の濃度分布であり、このようなグラデーションパターンを得るための蒸着方法を用いてアポダイゼイションフィルタを製造することは不可能である。

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、略円錐形状のマスクを介した蒸着による光吸収膜を用いることで、低コスト化とアポダイゼイション特性の信頼性の向上に貢献できる光学フィルタ、光学フィルタの製造方法および蒸着マスクを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の光学フィルタは、光学中心から周辺に向かって光学濃度が増加する光学フィルタであって、透明基材と、前記透明基材の表面に堆積された光吸収膜とを有し、前記光吸収膜が、前記透明基材の中心部を露出させる開口を備えており、前記開口から周辺に向かって等方的かつ連続的に前記光吸収膜の膜厚が増加していることを特徴とする。

光学フィルタの有効最外径をｄ２、有効最外径部の光学濃度をＯＤ２、光吸収膜の開口の直径をｄ１とするとき、０．０５＊ｄ２≦ｄ１≦０．５＊ｄ２、かつ、１．５≧ＯＤ２≧０．８の関係が成立するとよい。

本発明の光学フィルタの製造方法は、光学中心から周辺に向かって光学濃度が増加する光学フィルタの製造方法であって、透明基材に対向して略円錐形状のマスク部材を配設する工程と、略円錐形状のマスク部材を介して、蒸着物質発生手段から発生する蒸着物質を透明基材に蒸着させることで、中心部から周辺に向かって膜厚が等方的かつ連続的に増加する光吸収膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の蒸着マスクは、光学中心から周辺に向かって光学濃度が増加する光吸収膜を透明基材に成膜するための蒸着マスクであって、前記透明基材の所定の中心部に近接する小径の円形頂部を頂点とし、大径の底部まで連続的または段階的に径が拡大する略円錐形状のマスク部材と、前記マスク部材を支持するマスク支持部材とを備えたことを特徴とする。

マスク部材の円形頂部が、所定の曲率半径の球面状であるとよい。

マスク支持部材が、マスク部材の中心から径方向外方に等角度で延在する帯状部材または針金状部材を有するとよい。

上記の光学フィルタを撮影機器に用いることで、透過光量の減少を最小限に抑えながら明確で安定したボケ像改善効果を得ることができる。

略円錐形状のマスク部材を用いた蒸着によって等方的かつ連続的な膜厚が変化する光吸収膜を形成するものであるため、アポダイゼイションフィルタの寸法や光学濃度のパターンを安定化し、製造誤差を低減することが可能である。

アポダイゼイションフィルタの光学濃度や寸法を略円錐形状のマスク部材によって正確に制御できるとともに、剛性の高い針金状または帯状のマスク支持部材を用いることで、透明基材への接触による傷つきを防ぎ、かつ、マスクの低コスト化が可能であり、加えて、蒸着物質がマスク支持部材に遮られることによるアポダイゼイション特性への影響等も最小限に抑えることができる。

図１に示すように、真空チャンバ１１０内の回転架台１１１に透明基材であるフィルタ基材１０１を保持させ、蒸着物質発生手段である蒸発源１２１から発生する蒸着物質を、蒸着マスクであるマスク１３１を介してフィルタ基材１０１に被着させる。マスク１３１は、略円錐形状の単位マスク１３１ａを多数並べて、帯状あるいは針金状部材を格子状あるいは網目状に構成した支持手段１３１ｂで結合し、フィルタ基材１０１に対して微小寸法だけ隔てて対向配置する。

マスク１３１を介して蒸着物質を堆積させることで、中心部の膜厚がゼロであり、中心部から外縁に向かって膜厚が連続的かつ等方的に増加する光吸収膜を各単位マスク１３１ａの下流側に形成する。このように、中心部にはフィルタ基材１０１を露出させる開口を有し、外縁方向に膜厚を増加させることで図６に示すような光学濃度パターンを実現するアポダイゼイションフィルタを、単一のフィルタ基材１０１上に多数形成するに当り、マスク１３１の支持手段１３１ｂは格子状あるいは網目状をなしているために剛性が高く、高品位なフィルタパターンを安定製造できる。また、支持手段１３１ｂは単位マスク１３１ａの中心から放射状に等間隔で延伸するため、支持手段１３１ｂの陰による欠陥等が生じても、ボケ像の違和感を抑えることができる。

図１に示す装置によって光学フィルタを製造する。真空チャンバ１１０は、上部観察窓１１０ａ、下部観察窓１１０ｂを有し、排気装置１１０ｃは真空チャンバ１１０内の空気を排出する。回転架台１１１は、真空チャンバ１１０の内壁に固設された架台保持手段１１２の上に回転可能に保持され、回転架台１１１の上面外周部には全周にわたってギヤ１１１ａが設けられるとともに、中央には膜厚観察用の穴１１１ｂが設けられる。回転架台１１１を回転駆動するモータ１１３は、その駆動軸に装着されたギヤ１１３ａと回転架台１１１に設けられたギヤ１１１ａがかみ合い、回転架台１１１を真空チャンバ１１０内で回動（自転）させる。

複数の蒸発源１２１の蒸着物質として、酸化チタン、酸化アルミニウム等を用いて、所定のサイクルで加熱することで、それぞれの蒸着物質を蒸発させ、後述するようにフィルタ基材１０１上に所望の多層膜からなる光吸収膜や反射防止膜を形成する。回転架台１１１の穴１１１ｂに装着された成膜モニタ用基板１２２は、成膜状況をモニタするための観察用基板である。光源１２３は成膜中の蒸着膜の透過率を測定するための透過観察用光源であり、光源１２３から投光された光束は上部観察窓１１０ａ、成膜モニタ用基板１２２、下部観察窓１１０ｂを透過し、ミラー１２４で反射したのち膜厚モニタ用の受光手段１２５に入射する。光源１２６は成膜中の蒸着膜の表面反射率を測定するための反射観察用光源であり、光源１２６から投光された光束はミラー１２７で反射し、下部観察窓１１０ｂを通過して成膜モニタ用基板１２２の表面で反射したのち、下部観察窓１１０ｂ、ミラー１２４を経由して、膜厚モニタ用の受光手段１２５に入射する。

フィルタ基材１０１を保持するホルダユニット１３０は、回転架台１１１の下面に装着され、蒸発源１２１によって矢印方向に発生した蒸着物質がホルダユニット１３０の下方から、ホルダユニット１３０に保持されたマスク１３１を介してフィルタ基材１０１の下面に堆積する。

成膜工程は、モータ１１３を駆動して回転架台１１１を回動させながら、前述のように、蒸発源１２１から発生した蒸着物質を各ホルダユニット１３０に保持されたフィルタ基材１０１に堆積させる。その際に、透過用の光源１２３と反射用の光源１２６を所定時間間隔で交互に点灯させ、成膜モニタ用基板１２２で透過ないし反射した光束を受光手段１２５でモニタしながら、所定の蒸発源１２１の蒸着物質を選択的に蒸発させることで、所望の透過率および反射率を有した光吸収膜を形成させる。本装置で製作する光吸収膜は、例えば本出願人による特許文献４に開示された技術を利用すればよい。該技術を利用することで、可視光帯域における分光透過率が均一で、所定の光学濃度を有し、かつ表面反射率の低い光吸収膜を得ることができる。

図２は図１のホルダユニット１３０の詳細を示すもので、図２の（ａ）は、図１のマスク１３１を下面側から見た場合の平面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はマスク１３１の単位マスクであるマスク部材１３１ａとその支持手段１３１ｂを示す分解斜視図である。

図５に示す光学フィルタのベースフィルムとなるフィルタ基材１０１は、厚さ７５〜１００μｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等が好適である。フィルタ基材１０１はフィルタ保持台１３２に保持され、抑え部材１３３によって固定される。マスク１３１は、フィルタ基材１０１に前述の光学濃度分布を有するアポダイゼイションパターンとなる光吸収膜を個別に形成するための略円錐形状のマスク部材１３４からなる複数の単位マスク１３１ａと、各マスク部材１３４を支持するスパイダー（マスク支持部材）１３５からなる支持手段１３１ｂを有する。蓋１３６は、各マスク部材１３４とスパイダー１３５の固定をより確実にする部材であり、抑え部材１３７はスパイダー１３５をフィルタ保持台１３２に固定する。

各マスク部材１３４は、図２の（ｃ）に示すように、ステンレスや真鍮等の金属棒を旋削加工して、小径のエッジ部１３４ａを有する円形頂部と、大径のエッジ部１３４ｂを有する底部と、円柱部１３４ｃと、前記２つのエッジ部１３４ａと１３４ｂの間の円錐形状部１３４ｄとを有する略円錐形状の単位マスクを製作し、円柱部１３４ｃの底面（図２においては紙面上方向の面）に十字溝１３４ｅを掘る。一方スパイダー１３５は、ステンレスや真鍮等の平板をプレス、エッチング、放電加工等により不要部分を除去して製作したもので、図示のごとく格子状の帯状部材で構成される。そしてマスク部材１３４の十字溝１３４ｅにスパイダー１３５の各交点を位置あわせし、接着あるいは溶接にて両者を固定する。さらにその上から蓋１３６をかぶせ、蓋１３６とマスク部材１３４を接着、溶接、あるいはネジにて固定することで、蒸着中にマスク部材１３４がスパイダー１３５から脱落するのを防止する。

以上の構成において、フィルタ保持台１３２の上にフィルタ基材１０１を載置して抑え部材１３３で固定し、次いで、マスク部材１３４が固着されたスパイダー１３５をフィルタ保持台１３２の外周壁に載せて抑え部材１３７で固定することにより、ホルダユニット１３０が完成する。そしてホルダユニット１３０を図１の回転架台１１１の下面に装着し、回転架台１１１を回転させながら蒸着を行なう。その際、モータ１１３の振動やギヤ１１１ａのかみ合いによって回転架台１１１にも微小な振動が生ずるため、スパイダー１３５を構成する帯状部材は強固であることが望まれる。

ただし、図２の（ｃ）に示すスパイダー１３５の幅ｗが過大であったり、フィルタ基材１０１との距離が過少であると、蒸着膜にスパイダー１３５の陰が生じ、アポダイゼイションフィルタ上に光学濃度の低い放射状パターンが生じてしまう。また、一度に多数の光学フィルタを製作する目的で、マスク部材１３４の配列ピッチを過小にすると、隣接するマスクの影響を受けて、蒸着パターンに異方性を生ずる。したがって、マスク部材１３４とスパイダー１３５の寸法や相対位置は、フィルタパターンにおける欠陥許容値と目標製造コストを勘案して、適切な値を選択すればよい。

なお、スパイダーの陰がフィルタパターン上に現れてしまった場合、撮影画像におけるボケ像の輪郭部にも放射状のパターンが現れるが、該パターンの相対角度が等間隔でないと、非常に見苦しいボケ像となる。しかしながら本実施例においては、個々のマスク部材から放射状に伸びるスパイダーの本数は４本で等間隔、すなわち相対角度が９０度で等角度に並んでいるため、万が一スパイダーによる放射状パターンが発生しても、ボケ画像に生ずる放射状パターンは等間隔となり、違和感を軽微に抑えることができる。

図３は各マスク部材１３４の形状を示すもので、スパイダー１３５に懸架されたマスク部材１３４は、フィルタ基材１０１に対して垂直な中心軸Ｏのまわりに軸対称で倒立した円錐形状をなしている。より厳密には、頂点が平滑化された円錐台と、その底面（図では上面）に続く円柱が一体となった形状をなしている。

すなわち、フィルタ基材１０１に対向した小径の第１のエッジ部１３４ａと、それより大きな直径の第２のエッジ部１３４ｂと、円柱部１３４ｃと、円錐形状部１３４ｄとを有する。そして第１のエッジ部１３４ａの直径はＤ１でフィルタ基材１０１からの距離はＨ１、第２のエッジ部１３４ｂの直径はＤ２でフィルタ基材１０１からの距離はＨ２となっている。図３においては、蒸着物質は図の上方から飛散してくるため、スパイダー１３５の空隙を通過した蒸着物質はマスク部材１３４にさえぎられ、マスク部材１３４に対向する中心部には堆積せず、円形の素通し開口を有する光吸収膜が得られる。しかしながら、矢印で示すように蒸着物質のフィルタ基材１０１に対する入射角度は垂直からある程度の広がりを有しているため、マスク部材１３４の第２のエッジ部の直径Ｄ２より内側の領域にも蒸着物質が回りこむ。

第１のエッジ部１３４ａはフィルタ基材１０１に非常に接近しているため、第１のエッジ部１３４ａの直径Ｄ１より内側には蒸着物質は殆ど到達しない。したがって、マスク部材１３４の中心軸Ｏを中心とした所定領域は実質上透明なフィルタ基材１０１が露出しており、その外側の周辺部においては、外径方向すなわち中心から外縁に向かって光学濃度が連続的に増加するいわゆるアポダイゼイション特性を有する光吸収膜を作成することができる。また、スパイダー１３５はフィルタ基材１０１から充分に遠いため、スパイダー１３５による放射状パターンの発生も抑えることができる。

なお、本実施例によるアポダイゼイションフィルタは民生用のデジタルスチルカメラに好適だが、例えば２／３インチサイズの撮像素子に用いられる結像光学系では、アポダイゼイションフィルタを配置する箇所の光束径（瞳径）は、３〜１０ｍｍ程度となる。そこで、例えば撮影光学系の瞳径が直径５ｍｍの場合、該瞳位置に配置するアポダイゼイションフィルタの有効径も５ｍｍとなるので、マスク部材１３４の直径Ｄ１もおよそ５ｍｍ程度となる。また、マスク部材１３４の配列ピッチＰは大きいほど隣接するマスク部材１３４の影響を少なくできるが、配列ピッチＰを大きくすると１枚のフィルタ基材１０１に形成可能なパターン数が減少するので、配列ピッチＰはマスク部材１３４の直径Ｄ２の２倍ないし４倍程度にするのが好ましい。

例えば、ホルダユニットの各マスク部材の直径を５ｍｍ、配列ピッチを１５ｍｍ、フィルタ基材の寸法を８０ｍｍ×８０ｍｍの正方形とした場合、基材外周の保持用余白を除外してもおよそ５×５＝２５個のフィルタパターンを形成することができる。そしてこのようなホルダユニットを真空チャンバ内に１０セット装着すれば、１回の蒸着工程で２５０個のアポダイゼイションフィルタを製作できる。

図４は本実施例によって光吸収物質を成膜された光吸収膜１０１ａおよびフィルタ基材１０１の一部を示すもので、ＰＥＴ製のフィルタ基材１０１の上面には、多層膜構造の光吸収膜１０１ａが成膜される。そしてマスク部材１３４の第１のエッジ部１３４ａに対向した直径ｄ１の開口領域には、実質上蒸着物質が堆積せず、透明を保つ。また、第２のエッジ部１３４ｂに対向した直径ｄ２よりも外側の領域は、実質上蒸着物質が均一に堆積し、均一な光学濃度分布を有する。そして、直径ｄ１と直径ｄ２に挟まれた領域は、膜厚が中心から周辺に向かって漸増し、従って、光学濃度は周辺に向かって漸増、すなわち透過率は周辺に向かって漸減するアポダイゼイションパターンが形成される。

なお、ここまでの工程でアポダイゼイションパターンを製作できるが、フィルタ基材表面側における中央の透明部、およびフィルタ基材裏面には蒸着物質が堆積していない。よってその部分の表面反射率は相対的に高く、撮影装置に組み込んで使用する場合にゴースト、フレアが発生して画質が低下する恐れがある。そこで、図４に示すアポダイゼイションパターンが製作されたのち、図１の真空チャンバ１１０からホルダユニット１３０を取り出してマスク１３１をはずし、再度真空チャンバ１１０に装着してフィルタ基材１０１の両面に反射防止膜を成膜する。その際、例えば本出願人による特許文献５に記載された反射防止膜を用いることで、フィルタの表面反射率を低下させ、撮影時のゴーストやフレアを回避することができる。

以上の工程にて反射防止膜を形成したのち、フィルタ基材１０１に形成された複数のアポダイゼイションパターンをプレス工程により個々の光学フィルタに切断分離し、図５に示すように、単品としてのアポダイゼイションフィルタ１００が完成する。そしてこれをデジタルカメラ等の撮影光学系内に配置するための保持レバー１０２に固定する。

単品に分離されたアポダイゼイションフィルタ１００は、前述のように、フィルタ基材１０１の上面には光吸収のための蒸着多層膜である光吸収膜１０１ａが形成され、その上面には反射防止膜１０１ｂが、またフィルタ基材１０１の裏面にも同じく反射防止膜１０１ｂが形成されている。

保持レバー１０２は、光束通過開口部１０２ａを有し、その上面にアポダイゼイションフィルタ１００が接着固定される。保持レバー１０２の左端には回動支持穴１０２ｂ、被駆動用穴１０２ｃが設けられ、不図示のフィルタ地板に植設された軸に対して回動支持穴１０２ｂが回動可能に軸支される。そして、不図示のアクチュエータの駆動ピンが被駆動穴１０２ｃに係合し、保持レバー１０２を回動支持穴１０２ｂを中心に回動させることで、撮影光学系の光路に対してアポダイゼイションフィルタ１００を進退駆動する。

次に、本実施例のアポダイゼイションフィルタ１００の光学特性について説明する。アポダイゼイションフィルタは、その有効領域上の位置によって光吸収率が異なるが、前記有効領域内の任意の位置における分光透過率は可視光帯域において略均一である。このようなフィルタの光学特性を表わす指標として、一般的に光学濃度あるいは透過率が用いられる。ここで、フィルタの光学濃度ＯＤ値と透過率（Transmission Rate）Ｔｒ（％）は以下の式で関係付けられる。
透過率Ｔｒ＝１００＊１０^(-OD値) ・・・・・（１）
ＯＤ値＝−Ｌｏｇ₁₀（ Ｔｒ／１００） ・・・（２）

図６は図５に示したアポダイゼイションフィルタ１００の透過率分布および光学濃度分布を示すもので、同図の（ａ）は透過率分布を示し、横軸はフィルタにおける光線の入射高、すなわちフィルタの中心からの距離であり、縦軸は透過率Ｔｒ（％）である。ここでｒ₀ はフィルタの有効半径、その２倍の直径ｄ２は図４および図５に示したフィルタの有効外径ｄ２に相当する。図６の（ｂ）は光学濃度分布を示し、横軸は同図の（ａ）と同様にフィルタ中心からの距離、縦軸は光学濃度（ＯＤ値）である。

図４あるいは図５に示したように、フィルタの中心近傍である直径ｄ１の範囲には光吸収物質は堆積せず、反射防止膜のみが形成されているために実質上透明である。そこで該領域の透過率をＴｒ１、光学濃度をＯＤ１とする。一方フィルタの周辺領域、すなわち直径ｄ２より外側の領域には、光吸収物質は所定の厚さで均一に堆積している。そこで該領域の透過率をＴｒ２、光学濃度をＯＤ２とする。そして直径ｄ１と直径ｄ２の間の領域は、中心から周辺に向かって透過率がＴｒ１からＴｒ２に漸減、光学濃度換算ではＯＤ値がＯＤ１からＯＤ２に漸増している。

次に、該アポダイゼイションフィルタをデジタルカメラ等に適用する場合の光学濃度分布の好適な値について説明する。まず、撮影画像中のボケ像における輪郭緩和効果の観点からは、フィルタの全領域に占める透過率変化領域がなるべく大きいほうが望ましい。すなわち中心部の透明領域の直径ｄ１は小さいほうがよい。また、透過率変化は大きいほうが望ましい。すなわち中心部の透過率Ｔｒ１に対し周辺部の透過率Ｔｒ２は低いほどよい。ただし、周辺部の透過率が低いとフィルタ全体の透過率も低くなり、撮像素子への到達光量が低下するため、シャッタ秒時が長くなって手ぶれしやすくなる。

一方、該フィルタの製造容易性の観点からは、中心部の透明領域の直径ｄ１が小さいほど、マスク部材の寸法誤差や、マスク部材とフィルタ基材の間隔誤差に敏感となり、透明領域が消失する可能性が高くなる。また、周辺部の光学濃度を高くするためには、蒸着工程に要する時間が長くなり、製造コストの増加を招く。

以上の観点から、アポダイゼイションフィルタの各特性値は以下の範囲内であるのが望ましい。
０．０５＊ｄ２≦ｄ１≦０．５＊ｄ２ ・・・（３）
１．５≧ＯＤ２≧０．８ ・・・・・・・・・（４）
ここで、式（４）を透過率Ｔｒ２で表現すれば、
３％≦Ｔｒ２≦１６％ ・・・・・・・・・・（５）
となる。

上記特性値となるようにマスク部材の寸法と蒸着条件を選択すれば、所望のボケ像改善効果をなすとともに、低コストかつ光学特性のバラツキの少ないアポダイゼイションフィルタを得ることができる。

さらに、表面反射率を低くして撮影光学系としてのゴースト・フレアを防止するために光学濃度ＯＤ１を
ＯＤ１≦０．０２ ・・・・・・・・・・・・（６）
とするとさらによい。
ここで、式（６）を透過率Ｔｒ１で表現すれば、
Ｔｒ１≧９５％ ・・・・・・・・・・・・・（７）
となる。

図７は、マスク部材１３４の種々の変形例を示すもので、同図の（ａ）は、直径Ｄ１、高さＨ１を有する小径の第１のエッジ部１３４ａと、直径Ｄ２、高さＨ２を有する大径の第２のエッジ部１３４ｂ、円柱部１３４ｃ、倒立した円錐形状部１３４ｄを有するマスク部材１３４の円形頂部に、小突起１３４ｅが設けられ、その先端がフィルタ基材１０１と当接するように構成したものである。この小突起１３４ｅは、蒸着工程中にフィルタ基材１０１が浮き上がるのを防止し、透過率分布の製造誤差を低減する効果がある。また小突起１３４ｅの先端は滑らかな球状をなしているので、蒸着工程中の装置の微振動でマスク部材１３４とフィルタ基材１０１が相対移動しても、フィルタ基材１０１に擦過痕が発生するのを防止できる。

図７の（ｂ）に示すものは、小径の第１のエッジ部１３４ａと、大径の第２のエッジ部１３４ｂをつなぐ面が外側に膨らんだ凸形状の円錐形状部１３４ｆをなしており、また同図の（ｃ）は、小径の第１のエッジ部１３４ａと、大径の第２のエッジ部１３４ｂをつなぐ面が内側にへこんだ凹形状の円錐形状部１３４ｇをなしている。

このように２つのエッジ部をつなぐ面の断面図上での曲率を変えることで、アポダイゼイションフィルタの透過率分布を所望の形状に調節できる。

また、図７の（ｄ）に示すものは、明瞭な第１のエッジ部を有さず、先端部が曲率半径Ｒの球面状である球体状部１３４ｈとなっているが、このようなマスク部材でも同様のアポダイゼイションフィルタが製作可能である。さらには、フィルタ基材とマスク部材の先端部が突発的に接触しても、フィルタ基材に傷がつくのを防止できる。

図７の（ｅ）に示すものは、小径の第１のエッジ部１３４ａと、大径の第２のエッジ部１３４ｂを有するが、円錐形状部の代わりに直径の異なる複数の円柱からなる多段構造１３４ｉを設けたものである。マスク部材の外形を円柱の組み合わせとすることで、マスク製作時の寸法管理を容易にする効果がある。

これらの形状のマスク部材を適宜用いることで、図６に示したフィルタパターンの透過率分布を所望の値に調整することができる。

なお、図７の（ｂ）ないし（ｅ）の形状に同図の（ａ）の小突起１３４ｅを組み合わせてもよい。

本実施例は以下に記載する効果を奏する。

（１）軸対称形状のマスク部材の直径、高さ、側面形状を所定の値に設定することで、所望の透過率分布を有するアポダイゼイションフィルタが製作できる。
（２）フィルタ基材とマスク部材の位置決め精度がよいため、透過率分布の製造誤差を低減できる。
（３）マスク部材を支持するスパイダーの幅を狭く、かつフィルタ基材から遠ざけることで、スパイダーによる放射状パターンの発生を防止できる。
（４）個々のマスク部材から放射状に伸びるスパイダーの本数は４本で等間隔、すなわち相対角度が９０度で並んでいるため、万が一スパイダーによる放射状パターンが発生しても、ボケ画像に生ずる違和感を軽減できる。
（５）安価な装置で一度に多数のフィルタが製作でき、フィルタのコストを低減できる。

図８は実施例２に用いる真空蒸着装置全体を示す模式断面図であり、図９はホルダユニット２３０の構造を示すものである。

図１ないし図７に示した実施例１は、帯状のスパイダーと略円錐形状のマスク部材で構成されたマスクを有するホルダユニットが、真空チャンバ内で自転する回転架台と一体的に回動しながら蒸着するものであったが、本実施例のマスク２３１は、単位マスク２３１ａを支持するスパイダー２３１ｂをより細い針金状部材とし、かつ両者をより簡便な方法で結合する。また、フィルタ基材１０１を保持するホルダユニット２３０を自転および公転運動させることで、より精密なアポダイゼイションフィルタを得ることを可能にする。

図８において、真空チャンバ１１０、排気装置１１０ｃ、回転架台１１１、架台保持手段１１２、回転架台１１１を回転駆動するためのモータ１１３、蒸発源１２１、成膜モニタ用基板１２２、透過観察用の光源１２３、ミラー１２４、１２７、膜厚モニタ用の受光手段１２５、反射観察用の光源１２６等は実施例１と同様であるから同一符号で表わし説明は省略する。

遊星駆動用の太陽ギヤ２１４は、真空チャンバ１１０の内壁の架台保持手段１１２の下に固着される。ホルダユニット２３０は、回転架台１１１の下面に装着され、蒸発源１２１によって蒸発した蒸着物質がホルダユニット２３０の下面からフィルタ基材２０１に堆積する。ホルダユニット２３０は固定台座２３０ａと回転台座２３２からなり、固定台座２３０ａは回転架台１１１に固着され、回転台座２３２は固定台座２３０ａに対して回転可能に保持される。そして回転台座２３２の外周には全周に渡って遊星ギヤ２３２ａが設けられ、遊星ギヤ２３２ａと前記太陽ギヤ２１４がかみ合っている。

上記構成において、モータ１１３を駆動して回転架台１１１を駆動させると、回転台座２３２は回転架台１１１と共に真空チャンバ１１０内を自転するとともに、太陽ギヤ２１４とかみ合っているために公転運動する。すなわちフィルタ基材２０１を保持した回転台座２３２は、真空チャンバ１１０内を自転しながら公転するため、蒸発源１２１より飛来した蒸着物質が、ホルダユニット２３０により一層均一に堆積される。

図９はホルダユニット２３０の構造を示すもので、同図の（ａ）は、ホルダユニット２３０を下面側から見た場合の平面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はマスク２３１の単位マスク２３１ａとその支持手段２３１ｂを示す分解斜視図である。

フィルタ基材２０１は、実施例１と同様のＰＥＴが好適であり、予め円形に加工されている。フィルタ基材２０１を保持する回転台座２３２は、抑え部材２３３によって固定台座２３０ａ上に回転可能に保持される。フィルタ基材２０１に所定の光学濃度分布を有するアポダイゼイションパターンを形成するためのマスク部材２３４は、支持手段２３１ｂを構成するスパイダー２３５によって支持され、スパイダー２３５は、抑え部材２３７によって回転台座２３２に固定される。固定台座２３０ａは、マスク２３１およびフィルタ基材２０１が一体となったものを回転可能に保持する。

マスク２３１の単位マスク２３１ａを構成するマスク部材２３４は、ステンレスや真鍮等の金属棒を旋削加工したもので、フィルタ基材２０１に対向した小径の第１のエッジ部２３４ａと、大径の第２のエッジ部２３４ｂと、上部の円柱部２３４ｃと、底部の円錐形状部２３４ｄとを有する。そして、円柱部２３４ｃの底面（図９においては紙面上方向の面）にはザグリを入れて、側面側から複数の穴２３４ｅを穿孔する。一方スパイダー２３５は、ステンレスや真鍮等の針金（棒）が好適で、通常の冷間引き抜き加工で製作された棒状部材が用いられる。そして、複数のマスク部材２３４を格子状にならべて穴２３４ｅにスパイダー２３５となる棒状部材を順に通すことで、マスク部材２３４とスパイダー２３５が結合される。

以上の構成において、回転台座２３２の上にフィルタ基材２０１を載せて抑え部材２３３で固定し、次いで、マスク部材２３４が結合されたスパイダー２３５を回転台座２３２の外周壁に載せて抑え部材２３７で固定することにより、ホルダユニット２３０の公転部分が完成する。最後に該公転部分を固定台座２３０ａに対して回転可能に結合し、ホルダユニット２３０が完成する。そしてホルダユニット２３０を図８の回転架台１１１の下面に装着し、回転架台１１１を回転させる。すると、フィルタ基材２０１を保持した回転台座２３２が真空チャンバ１１０内で自転および公転しながら蒸着が行なわれる。

本実施例によれば、実施例１の効果（１）ないし（５）に加えて以下の効果が得られる。

（６）マスク部材とスパイダーがより安価に製造できる。
（７）マスク部材とスパイダーの結合および分解が容易となり、マスク部材の洗浄や補修作業が迅速かつ確実に行なえる。
（８）蒸着の際にフィルタ基材が自転および公転運動するため、より均一なフィルタパターンが形成できる。

実施例１および実施例２では、格子状のスパイダーの格子点にマスク部材が配置されたため、各マスク部材から延伸するスパイダーの本数は４本、各スパイダー間の相対角度は９０度であったが、本実施例では、図１０に示すように、単位マスクであるマスク部材３３４を支持する支持手段として相対角度６０度で交差するスパイダー３３５を用いる。

図１０の（ａ）は、ホルダユニット３３０を示す平面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はマスク部材３３４とスパイダー３３５の分解斜視図である。

本実施例において、光学フィルタのベースフィルムとなるフィルタ基材３０１には、実施例１と同様のＰＥＴ基材が用いられる。フィルタ基材３０１はフィルタ保持台３３２に保持され、抑え部材３３３によって固定される。フィルタ基材３０１に所定の光学濃度分布を形成するためのマスク部材３３４は、スパイダー３３５によって支持され、マスク部材３３４とスパイダー３３５の固定をより確実にする蓋３３６が取り付けられる。スパイダー３３５は抑え部材３３７によってフィルタ保持台３３２に固定される。

マスク部材３３４は、図１０の（ｃ）に示すように、ステンレスや真鍮等の金属棒を旋削加工したもので、フィルタ基材３０１に対向した小径の第１のエッジ部３３４ａと、大径の第２のエッジ部３３４ｂと、上部の円柱部３３４ｃと、底部の円錐形状部３３４ｄとを有する。そして、マスク部材３３４の底面部（上面）に互いに６０度の角度をなす６本の放射溝３３４ｅを掘る。一方スパイダー３３５は、ステンレスや真鍮等の平板をプレス、エッチング、放電加工等により不要部分を除去して製作したもので、図示のごとく細い帯が６０度の角度で交差する網目状部材で構成される。そしてマスク部材３３４の放射溝３３４ｅにスパイダー３３５の各交点を位置あわせし、接着あるいは溶接にて両者を固定する。さらにその上から蓋３３６をかぶせ、蓋３３６とマスク部材３３４を接着、溶接、あるいはネジにて固定することで、蒸着中にマスク部材３３４がスパイダー３３５から脱落するのを防止する。そして上記各部材は実施例１と同様の方法で組み立てられ、完成したホルダユニット３３０は真空チャンバ内の回転架台に装着される。

以上の構成において、個々のマスク部材から放射状に伸びるスパイダーの本数は６本となるため、実施例１のスパイダーよりも剛性が高くなる。その結果スパイダーの幅をより細くできるので、スパイダーによる放射状のパターンを更に軽減できる。

本実施例によれば、実施例１の効果（１）、（２）、（３）、（５）に加えて、以下の効果を得ることができる。

（９）スパイダーを更に細くできるため、より均一なアポダイゼイションパターンが形成できる。
（１０）個々のマスク部材から放射状に伸びるスパイダーは等間隔、すなわち相対角度が６０度となっているため、万が一スパイダーによる放射状パターンが発生しても、ボケ画像に生ずる違和感を軽減できる。
（１１）マスク部材をより稠密に配列でき、一度に製作できるフィルタの個数が増してフィルタの単価をより一層低減できる。

実施例３では、個々のマスク部材から延伸するスパイダーの本数は６本、各スパイダー間の相対角度は６０度であったが、本実施例では、図１１に示すように、マスク部材４３４を支持するスパイダー４３５が相対角度１２０度で交差する。

図１１の（ａ）は、ホルダユニット４３０を示す平面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はマスク部材４３４とスパイダー４３５の分解斜視図である。

本実施例において、光学フィルタのベースフィルムとなるフィルタ基材４０１には、実施例１と同様のＰＥＴ基材が用いられる。フィルタ基材４０１はフィルタ保持台４３２に保持され、抑え部材４３３によって固定される。フィルタ基材４０１に所定の光学濃度分布を形成するためのマスク部材４３４は、スパイダー４３５によって支持され、マスク部材４３４とスパイダー４３５の固定をより確実にする蓋４３６が取り付けられる。スパイダー４３５は抑え部材４３７によってフィルタ保持台４３２に固定される。

マスク部材４３４は、図１１の（ｃ）に示すように、ステンレスや真鍮等の金属棒を旋削加工したもので、フィルタ基材４０１に対向した小径の第１のエッジ部４３４ａと、大径の第２のエッジ部４３４ｂと、上部の円柱部４３４ｃと、底部の円錐形状部４３４ｄとを有する。そして、マスク部材４３４の図示上面に互いに１２０度の角度をなす３本の放射溝４３４ｅを掘る。一方スパイダー４３５は、ステンレスや真鍮等の平板をプレス、エッチング、放電加工等により不要部分を除去して製作したもので、図示のごとく細い帯が１２０度の角度で交差するハニカム状部材で構成される。そしてマスク部材４３４の放射溝４３４ｅにスパイダー４３５の各交点を位置あわせし、接着あるいは溶接にて両者を固定する。さらにその上から蓋４３６をかぶせ、蓋４３６とマスク部材４３４を接着、溶接、あるいはネジにて固定することで、蒸着中にマスク部材４３４がスパイダー４３５から脱落するのを防止する。そして上記各部材は実施例１と同様の方法で組み立てられ、完成したホルダユニット４３０は真空チャンバ内の回転架台に装着される。

以上の構成において、個々のマスク部材から放射状に伸びるスパイダーの本数は３本となるため、実施例１のスパイダーと等価な剛性を得るためにはスパイダーの幅を若干大きくする必要があるが、スパイダーの本数が減少すること、およびマスク部材の配列密度が疎となるため、隣接するマスク部材の干渉が減り、より均一なフィルタパターンが形成できる。

本実施例４によれば、実施例１の効果（１）、（２）、（３）、（５）に加えて以下の効果を得ることができる。

（１２）個々のマスク部材から放射状に伸びるスパイダーの本数を減らすことができ、より均一なアポダイゼイションパターンが形成できる。
（１３）個々のマスク部材から放射状に伸びるスパイダーは等間隔、すなわち相対角度が１２０度で並んでいるため、万が一スパイダーによる放射状パターンが発生しても、ボケ画像に生ずる違和感を軽減できる。
（１４）マスク部材の配列密度を下げることで、隣接マスクの干渉を避け、より均一なアポダイゼイションパターンが形成できる。

なお、実施例３または実施例４の単位マスクを支持する支持手段であるスパイダーを実施例２に応用しても同様の効果を得ることができる。また、スパイダーの格子形状は実施例１ないし４の形状に限定されるものではない。

また、各実施例のマスクとその周辺部材は、真空蒸着装置の他に、スパッタ装置等にも適用できるのはもちろんである。

実施例１による光学フィルタの製造装置を示す模式図である。 図１のマスク構成を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は単位マスクを分解して示す分解斜視図である。 図１の単位マスクの詳細を説明する図である。 光学フィルタの膜構成を説明する図である。 光学フィルタのカメラ組み込み状態を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図である。 光学フィルタの光学特性を説明するグラフである。 実施例１のマスク部材の変形例を示す図である。 実施例２による光学フィルタの製造装置を示す模式図である。 図８のマスク構成を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は単位マスクを分解して示す分解斜視図である。 実施例３によるマスク構成を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は単位マスクを分解して示す分解斜視図である。 実施例４によるマスク構成を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は単位マスクを分解して示す分解斜視図である。

符号の説明

１０１、２０１ フィルタ基材
１０１ａ 光吸収膜
１０１ｂ 反射防止膜
１１０ 真空チャンバ
１１１ 回転架台
１１２ 架台保持手段
１１３ モータ
１２１ 蒸発源
１３０、２３０ ホルダユニット
１３１、２３１ マスク
１３１ａ、２３１ａ 単位マスク
１３１ｂ、２３１ｂ 支持手段
１３２、３３２、４３２ フィルタ保持台
１３４、２３４、３３４、４３４ マスク部材
１３５、２３５、３３５、４３５ スパイダー
２３０ａ 固定台座
２１４ 太陽ギヤ
２３２ 回転台座
２３２ａ 遊星ギヤ

Claims (6)

1. 光学中心から周辺に向かって光学濃度が増加する光学フィルタであって、透明基材と、前記透明基材の表面に堆積された光吸収膜とを有し、前記光吸収膜が、前記透明基材の中心部を露出させる開口を備えており、前記開口から周辺に向かって等方的かつ連続的に前記光吸収膜の膜厚が増加していることを特徴とする光学フィルタ。
2. 光学フィルタの有効最外径をｄ２、有効最外径部の光学濃度をＯＤ２、光吸収膜の開口の直径をｄ１とするとき、０．０５＊ｄ２≦ｄ１≦０．５＊ｄ２、かつ、１．５≧ＯＤ２≧０．８の関係が成立することを特徴とする請求項１記載の光学フィルタ。
3. 光学中心から周辺に向かって光学濃度が増加する光学フィルタの製造方法であって、
   透明基材に対向して略円錐形状のマスク部材を配設する工程と、
   略円錐形状のマスク部材を介して、蒸着物質発生手段から発生する蒸着物質を透明基材に蒸着させることで、中心部から周辺に向かって膜厚が等方的かつ連続的に増加する光吸収膜を形成する工程と、を有することを特徴とする光学フィルタの製造方法。
4. 光学中心から周辺に向かって光学濃度が増加する光吸収膜を透明基材に成膜するための蒸着マスクであって、前記透明基材の所定の中心部に近接する小径の円形頂部を頂点とし、大径の底部まで連続的または段階的に径が拡大する略円錐形状のマスク部材と、前記マスク部材を支持するマスク支持部材とを備えたことを特徴とする蒸着マスク。
5. マスク部材の円形頂部が、所定の曲率半径の球面状であることを特徴とする請求項４記載の蒸着マスク。
6. マスク支持部材が、マスク部材の中心から径方向外方に等角度で延在する帯状部材または針金状部材を有することを特徴とする請求項４または５記載の蒸着マスク。

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